CMOS 集成逻辑门电路ppt课件

23 04 2020 1 3 4 1CMOS反相器 3 4 2其它功能的CMOS门电路 3 4CMOS集成逻辑门电路 3 5 1TTL电路和CMOS电路的接口 3 5集成逻辑门电路的应用 返回 结束放映 3 4 3CMOS集成门的使用注意事项 3 5 2集成逻辑门的应用 23 04 2020 2 复习 为什么要用OC门 OC门的工作条件 OC门有何应用 三态门有哪三态 三态门有何应用 23 04 2020 3 MOS门电路 以MOS管作为开关元件构成的门电路 MOS门电路 尤其是CMOS门电路具有制造工艺简单 集成度高 抗干扰能力强 功耗低 价格便宜等优点 得到了十分迅速的发展 3 4CMOS集成逻辑门电路 23 04 2020 4 MOS管有NMOS管和PMOS管两种 MOS管有增强型和耗尽型两种 当NMOS管和PMOS管成对出现在电路中 且二者在工作中互补 称为CMOS管 意为互补 在数字电路中 多采用增强型 返回 3 4 1CMOS反相器 23 04 2020 5 图3 19NMOS管的电路符号及转移特性 a 电路符号 b 转移特性 D接正电源 1 NMOS管的开关特性 1 MOS管的开关特性 23 04 2020 6 图3 20PMOS管的电路符号及转移特性 a 电路符号 b 转移特性 D接负电源 2 PMOS管的开关特性 23 04 2020 7 图3 21CMOS反相器 PMOS管 负载管 NMOS管 驱动管 开启电压 UTP UTN 且小于VDD 2 CMOS反相器的工作原理 1 基本电路结构 23 04 2020 8 2 工作原理 UIL 0V 截止 导通 UOH VDD 1 当uI UIL 0V时 VTN截止 VTP导通 uO UOH VDD 23 04 2020 9 UIH VDD 截止 UOL 0V 2 当uI UIH VDD VTN导通 VTP截止 uO UOL 0V 导通 23 04 2020 10 3 逻辑功能实现反相器功能 非逻辑 4 工作特点VTP和VTN总是一管导通而另一管截止 流过VTP和VTN的静态电流极小 纳安数量级 因而CMOS反相器的静态功耗极小 这是CMOS电路最突出的优点之一 23 04 2020 11 图3 22CMOS反相器的电压传输特性和电流传输特性 3 电压传输特性和电流传输特性 AB段 截止区iD为0 BC段 转折区阈值电压UTH VDD 2转折区中点 电流最大 CMOS反相器在使用时应尽量避免长期工作在BC段 CD段 导通区 23 04 2020 12 4 CMOS电路的优点 1 微功耗 CMOS电路静态电流很小 约为纳安数量级 2 抗干扰能力很强 输入噪声容限可达到VDD 2 3 电源电压范围宽 多数CMOS电路可在3 18V的电源电压范围内正常工作 4 输入阻抗高 5 负载能力强 CMOS电路可以带50个同类门以上 6 逻辑摆幅大 低电平0V 高电平VDD 23 04 2020 13 图3 23CMOS与非门 1 CMOS与非门 负载管并联 并联开关 驱动管串联 串联开关 3 4 2其它功能的CMOS门电路 1 A B全为高电平 则驱动管导通 负载管截止 输出为低电平 截止 23 04 2020 14 该电路具有与非逻辑功能 即 2 A B中有低电平 则驱动管导通 负载管截止 输出为低电平 导通 23 04 2020 15 负载管串联 串联开关 2 CMOS或非门 驱动管并联 并联开关 图3 24CMOS或非门 1 A B有高电平 则驱动管导通 负载管截止 输出为低电平 导通 返回 23 04 2020 16 该电路具有或非逻辑功能 即 2 当输入全为低电平 两个驱动管均截止 两个负载管均导通 输出为高电平 0 23 04 2020 17 3 CMOS传输门 图2 25CMOS传输门 a 电路 b 逻辑符号 23 04 2020 18 2 工作原理 了解 23 04 2020 19 3 应用举例 图3 26CMOS模拟开关 CMOS模拟开关 实现单刀双掷开关的功能 C 0时 TG1导通 TG2截止 uO uI1 C 1时 TG1截止 TG2导通 uO uI2 23 04 2020 20 图3 27CMOS三态门 a 电路 b 逻辑符号 CMOS三态门 23 04 2020 21 1 输入电路的静电保护CMOS电路的输入端设置了保护电路 给使用者带来很大方便 但是 这种保护还是有限的 由于CMOS电路的输入阻抗高 极易产生感应较高的静电电压 从而击穿MOS管栅极极薄的绝缘层 造成器件的永久损坏 为避免静电损坏 应注意以下几点 返回 3 4 3CMOS集成门的使用注意事项 23 04 2020 22 1 所有与CMOS电路直接接触的工具 仪表等必须可靠接地 2 存储和运输CMOS电路 最好采用金属屏蔽层做包装材料 2 多余的输入端不能悬空 输入端悬空极易产生感应较高的静电电压 造成器件的永久损坏 对多余的输入端 可以按功能要求接电源或接地 或者与其它输入端并联使用 23 04 2020 23 TTL和CMOS电路的电压和电流参数各不相同 需要采用接口电路 一般要考虑两个问题 一是要求电平匹配 即驱动门要为负载门提供符合标准的输出高电平和低电平 二是要求电流匹配 即驱动门要为负载门提供足够大的驱动电流 返回 3 5 1TTL电路和CMOS电路的接口 23 04 2020 24 1 TTL门驱动CMOS门 1 电平不匹配TTL门作为驱动门 它的UOH 2 4V UOL 0 5V CMOS门作为负载门 它的UIH 3 5V UIL 1V 可见 TTL门的UOH不符合要求 2 电流匹配CMOS电路输入电流几乎为零 所以不存在问题 23 04 2020 25 3 解决电平匹配问题 图3 28TTL门驱动CMOS门 外接上拉电阻RP在TTL门电路的输出端外接一个上拉电阻RP 使TTL门电路的UOH 5V 当电源电压相同时 23 04 2020 26 选用电平转换电路 如CC40109 若电源电压不一致时可选用电平转换电路 CMOS电路的电源电压可选3 18V 而TTL电路的电源电压只能为5V 采用TTL的OC门实现电平转换 若电源电压不一致时也可选用OC门实现电平转换 23 04 2020 27 2 CMOS门驱动TTL门 1 电平匹配CMOS门电路作为驱动门 UOH 5V UOL 0V TTL门电路作为负载门 UIH 2 0V UIL 0 8V 电平匹配是符合要求的 2 电流不匹配CMOS门电路4000系列最大允许灌电流为0 4mA TTL门电路的IIS 1 4mA CMOS4000系列驱动电流不足 23 04 2020 28 3 解决电流匹配问题 CMOS电路常用的是4000系列和54HC 74HC系列产品 后几位的序号不同 逻辑功能也不同 选用CMOS缓冲器比如 CC4009的驱动电流可达4mA 选用高速CMOS系列产品选用CMOS的54HC 74HC系列产品可以直接驱动TTL电路 23 04 2020 29 表3 7各种系列门电路的主要参数 23 04 2020 30 表3 8常用集成门电路 TTL系列 23 04 2020 31 表3 8常用集成门电路 CMOS系列 23 04 2020 32 二 TTL门电路的使用知识 1 多余或暂时不用的输入端不能悬空 可按以下方法处理 1 与其它输入端并联使用 2 将不用的输入端按照电路功能要求接电源或接地 比如将与门 与非门的多余输入端接电源 将或门 或非门的多余输入端接地 返回 3 5 2集成逻辑门的应用 23 04 2020 33 1 在每一块插板的电源线上 并接几十 F的低频去耦电容和0 01 0 047 F的高频去耦电容 以防止TTL电路的动态尖峰电流产生的干扰 2 整机装置应有良好的接地系统 2 电路的安装应尽量避免干扰信号的侵入 保证电路稳定工作 23 04 2020 34 本章小结 门电路是构成各种复杂数字电路的基本逻辑单元 掌握各种门电路的逻辑功能和电气特性 对于正确使用数字集成电路是十分必要的 本章介绍了目前应用最广泛的TTL和CMOS两类集成逻辑门电路 在学习这些集成电路时 应把重点放在它